DE102010020184B4

DE102010020184B4 - Servomotor-Steuergerät zum Steuern einer periodischen Hin- und Herbewegung

Info

Publication number: DE102010020184B4
Application number: DE102010020184A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Okita; Yukio Toyozawa; Naoto Sonoda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2030-05-12
Also published as: JP2010269405A; CN101893869A; US8067918B2; JP4620159B2; CN101893869B; DE102010020184A1; US20100295496A1

Abstract

Servomotor-Steuergerät (10) zum Steuern eines Servomotors (16), der dazu eingerichtet ist, eine periodische Hin- und Herbewegung eines angetriebenen Objekts (14) zu bewirken, wobei das Servomotor-Steuergerät aufweist:
einen Stellungsdetektor (20), der dazu eingerichtet ist, die Stellung des angetriebenen Objekts (14) zu erfassen;
einen Stellungsabweichungs-Bestimmungsteil, der dazu eingerichtet ist, eine erste Stellungsabweichung des angetriebenen Objekts (14) als Differenz zwischen der vom Stellungsdetektor (20) zu jeder vorgegebenen zeitlichen Abtastperiode erfassten Stellung des angetriebenen Objekts (14) und dem von einer Hauptsteuerung (18) gegebenen Stellungsbefehl zu bestimmen;
einen Referenzstellungs-Generatorteil (50, 52), der dazu eingerichtet ist, eine Mehrzahl von Referenzstellungen für eine Hin- und Herbewegungs-Zeitperiode der periodischen Hin- und Herbewegung des angetriebenen Objekts (14) zu erzeugen, wobei die Mehrzahl der Referenzstellungen in einer Richtung entsprechend dem Stellungsbefehl oder der erfassten Stellung des angetriebenen Objekts variiert wird;
einen ersten Umwandlungsteil (30), der dazu eingerichtet ist, die vom Stellungsabweichungs-Bestimmungsteil bestimmte erste Stellungsabweichung in eine...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Servomotor-Steuergerät zum Steuern der Bewegung eines angetriebenen Objekts, das eine periodische Hin- und Herbewegung ausführt, insbesondere ein Servomotor-Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, in einer lernfähigen Steuerung eines winkelbasierten Verfahrens eingesetzt zu werden.
Ein gattungsgemäßes Servomotor-Steuergerät ist aus der US 2004/0 145 333 A1 bekannt.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Das lernfähige Steuern ist ein Verfahren zum Minimieren einer Steuerabweichung durch Anwenden einer periodischen Bewegung. Das lernfähige Steuern umfasst zwei Typen, d. h. ein zeitbasiertes Verfahren, bei dem die Zeitperiode der periodischen Bewegung bestimmt und ein Korrekturbetrag zu jeder Zeitperiode einer lernfähigen Steuerung berechnet wird, und ein winkelbasiertes Verfahren, bei dem ein Bewegungsbetrag der periodischen Bewegung in einer Zeitperiode bestimmt und ein Korrekturbetrag an Referenzstellungen durch Dividieren des Bewegungsbetrags erhalten wird. Als Anwendungen für das lernfähige Steuern nach dem winkelbasierten Verfahren können die Abrichtbearbeitung für eine Zahnradbearbeitungsmaschine, die Schwingungsbewegung einer Schleifmaschine und die Umkehrsteuerung einer Servo-Pressenmaschine genannt werden.
So offenbart die US 2004/0 145 333 A1 eine Antriebssteuerung eines Servomotors, bei der die lernfähige Steuerung selbst dann wirksam angewendet werden kann, wenn die Drehzahl des Servomotors variiert wird, indem Korrekturdaten entsprechend der Stellung eines sich wiederholenden Befehlsmusters gespeichert werden und eine Stellungsabweichung entsprechend der Stellung korrigiert wird.
Bei der lernfähigen Steuerung nach dem zeitbasierten Verfahren muss die Zeitperiode präzise bestimmt werden. Deshalb ist ein spezielles Programmierverfahren erforderlich, um die lernfähige Steuerung nach dem zeitbasierten Verfahren anzuwenden.
Wenn z. B. bei einem Programmierverfahren eine sich wiederholende Bewegung auszuführen ist, wird ein zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Periode zu erzeugender Befehl im Voraus als Tabelle erstellt. Bei einem derartigen Programmierverfahren kann die Funktion eines allgemeinen ISO-Codes (G-Code) wie die Umwandlung in Polarkoordinaten nicht angewendet werden. Bei der obigen Anmeldung wird die Programmierung mit dem allgemeinen ISO-Code ausgeführt. Aus diesem Grund kann die präzise sich wiederholende Ausführung nicht immer verwirklicht werden, wodurch die lernfähige Steuerung nach dem zeitbasierten Verfahren schwierig wird.
Andererseits ist es für die lernfähige Steuerung nach dem winkelbasierten Verfahren nicht erforderlich, die präzise Zeitperiode zu bestimmen, vorausgesetzt, die Referenzstellung ist gegeben. Deshalb ist das winkelbasierte Verfahren einfacher anzuwenden als das zeitbasierte Verfahren. Die lernfähige Steuerung nach dem winkelbasierten Verfahren kann jedoch nur angewendet werden, wenn sich die Referenzposition in einer Richtung (oder monoton) ändert. Mit anderen Worten, das winkelbasierte Verfahren kann nicht angewendet werden, wenn die Referenzposition entsprechend der hin- und hergehenden Bewegung variiert. Wenn sich z. B. ein angetriebenes Objekt hin- und herbewegt, durchfährt das Objekt dieselbe Stellung während der Auswärts- und der Rücklaufbewegung. Die Polarität der erzeugten Servoabweichung variiert jedoch in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Objekts. Deshalb kann ein bei der Auswärtsbewegung erzeugter Korrekturbetrag für die Rücklaufbewegung nicht verwendet werden, so dass für die Rücklaufbewegung ein eigener Korrekturbetrag berechnet werden muss.
Zur Losung des Problems offenbart die US 2004/0 145 333 A1 eine Technik, bei der verschiedene Speichersätze in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung eines Objekts eingerichtet und geeignet umgeschaltet werden, so dass die lernfähige Steuerung nach dem winkelbasierten Verfahren zum Steuern der hin- und hergehenden Bewegung des Objekts angewendet werden kann. Im Allgemeinen liest ein Korrekturbetrag-Berechnungsteil einer lernfähigen Steuerung den Speicher vorher aus, um eine Verzögerung im Steuersystem auszugleichen. Bei der Erfindung gemäß der US 2004/0 145 333 A1 werden die Speichersätze jedoch in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Objekts umgeschaltet, wodurch der Speichersatz bei der Auswärtsbewegung und der Speichersatz bei der Rücklaufbewegung nicht kontinuierlich miteinander verbunden werden können. Als Ergebnis kann eine große Abweichung beim Umschalten der Speichersätze erzeugt werden.
ABRISS DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Servomotor-Steuergerät bereitzustellen, das in der Lage ist, Referenzstellungen ordnungsgemäß zu erzeugen, anhand der die lernfähige Steuerung nach dem winkelbasierten Verfahren periodisch auf eine hin- und hergehende Bewegung eines Objekts angewendet werden kann.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das Servomotor-Steuergerat kann ferner einen Polaritätsumkehrteil aufweisen, der dazu eingerichtet ist, die Polarität der ersten Stellungsabweichung und des zweiten Korrekturbetrags auf Basis der Polarität der Drehzahl umzukehren, die aus der zeitlichen Abtastperiode und dem Stellungsbefehl oder der Stellung des angetriebenen Objekts zu jeder zeitlichen Abtastperiode berechnet wird.
Der Referenzstellungs-Generatorteil oder der Polaritätsumkehrteil kann die Stellung eines antreibenden Objekts, die mit der periodischen Hin- und Herbewegung des angetriebenen Objekts synchron ist, anstelle des Stellungsbefehls oder der Stellung des angetriebenen Objekts verwenden.
Das Servomotor-Steuergerät kann ferner aufweisen:
ein erstes Filter, das dazu eingerichtet ist, die Frequenzbandbreite des neuen ersten Korrekturbetrags zu begrenzen, der durch Addieren des unmittelbar vorherigen im Speicherteil gespeicherten ersten Korrekturbetrags zur zweiten vom ersten Umwandlungsteil gewandelten Lageabweichung erhalten wird; und
ein zweites Filter, das dazu eingerichtet ist, eine Phase und einen Verstärkungsfaktor des ersten Korrekturbetrags zu kompensieren, bevor der im Speicherteil gespeicherte erste Korrekturbetrag an den zweiten Umwandlungsteil geschickt wird, der der zeitlichen Abtastperiode zugeordnet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen derselben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
1 ein Beispiel einer Konfiguration eines Servomotor-Steuergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein erstes Anwendungsbeispiel der Erfindung;
3 die Prozedur zum Erzeugen einer Referenzstellung im Beispiel von 2;
4 ein zweites Anwendungsbeispiel der Erfindung;
5 die Prozedur zum Erzeugen einer Referenzstellung im Beispiel von 4; und
6 ein Flussdiagramm der Prozedur im Servomotor-Steuergerät der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein Beispiel einer Konfiguration eines Servomotor-Steuergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Servomotor-Steuergerät 10 weist eine lernfähige Steuerung nach dem winkelbasierten Verfahren 12 auf, um einen Servomotor 16 zu steuern, der dazu eingerichtet ist, ein angetriebenes Objekt 14 (wie nachstehend beschrieben) über eine Kugelspindel 15 oder dgl. so anzutreiben, dass das angetriebene Objekt 14 eine periodische hin- und hergehende bzw. reziprozierende Bewegung ausführt. Die lernfähige Steuerung 12 erzeugt einen Korrekturbetrag oder einen Korrekturwert δ2 (oder einen zweiten Korrekturbetrag wie nachstehend beschrieben) zum Steuern der Stellung des Objekts 14 auf Basis eines Stellungsbefehls Pc von einer Hauptsteuerung 18 und einer Stellungsrückmeldung Pf von einem Stellungsdetektor 20, der zum Erfassen der Stellung des Objekts 14 eingerichtet ist. Der zweite Korrekturbetrag δ2 wird über einen Stellungsverstärker 22 an einen Drehzahlsteuerteil 24 gesendet, und der Drehzahlsteuerteil 24 erzeugt dann auf Basis des zweiten Korrekturbetrags δ2 und der Drehzahlrückmeldung Vf von einem zum Erfassen der Drehzahl des Servomotors 16 eingerichteten Drehzahldetektor 26 den Drehzahlbefehl Vc. Ein Stromsteuerteil 28 erzeugt auf Basis des Drehzahlbefehls Vc einen Strombefehl Ic, woraufhin der Servomotor 16 auf Basis des Strombefehls Ic gesteuert wird.
Die lernfähige Steuerung 12 erhält den von der Hauptsteuerung 18 gesendeten Stellungsbefehl Pc und die Stellungsrückmeldung Pf vom Stellungsdetektor 20 und erfasst die Stellungsabweichung (oder eine erste Stellungsabweichung ε1) des angetriebenen Objekts 14 in jeder zeitlichen Abtastperiode (z. B. in jedem 1 ms-Intervall). Die erste Stellungsabweichung ε1 wird an einen ersten Umwandlungsteil 30 gesendet. Der erste Umwandlungsteil 30 wandelt dann die erste Stellungsabweichung ε1 in eine zweite Stellungsabweichung ε2, die jeder der Referenzstellungen in einer hin- und hergehenden Bewegung des Objekts 14 zugeordnet ist (wie nachstehend beschrieben). Mit anderen Worten, die erste jeder zeitlichen Abtastperiode zugeordnete Stellungsabweichung wird in die jeder Referenzstellung zugeordnete zweite Stellungsabweichung umgewandelt. Da die Berechnungstechnik für die Umwandlung bekannt sein dürfte, wird auf eine detaillierte Erläuterung derselben verzichtet.
Nach Addieren eines unmittelbar vorherigen ersten Korrekturbetrags oder Korrekturwerts (oder eines ersten Korrekturbetrags einer unmittelbar vorherigen Periode der hin- und hergehenden Bewegung) zur zweiten Stellungsabweichung ε2, wird der so erhaltene Wert als neuer oder aktualisierter Korrekturbetrag δ1 in einem Speicher 32 gespeichert. Der neue erste Korrekturbetrag δ1 wird an einen zweiten Umwandlungsteil 34 gesendet, und der zweite Umwandlungsteil 34 wandelt dann den jeder Referenzstellung zugeordneten ersten Korrekturbetrag in einen zweiten Korrekturbetrag δ2, der der zeitlichen Abtastperiode zugeordnet ist. Mit anderen Worten, der jeder Referenzstellung zugeordnete erste Korrekturbetrag wird in den der zeitlichen Abtastperiode zugeordneten zweiten Korrekturbetrag gewandelt. In 1 kennzeichnet ein weißer Kreis einen Addierer und ein schwarzer Kreis einen Abzweigungspunkt. Dies gilt gleichermaßen für die anderen Zeichnungen.
Die lernfähige Steuerung 12 kann ein erstes Filter 36 zum Begrenzen der Frequenzbandbreite des ersten Korrekturbetrags δ1 und ein zweites Filter 38 zum Kompensieren einer Phase und eines Verstärkungsfaktors des ersten Korrekturbetrags enthalten, bevor der erste Korrekturbetrag an den zweiten Umwandlungsteil 34 gesendet wird. Solche Filter sind für die Erfindung nicht wesentlich. Konkret ist unter ”einem Filter, das zum Begrenzen einer Frequenzbandbreite eingerichtet ist”, ein Tiefpassfilter zum Abschneiden eines relativ hochfrequenten Signals zu verstehen, wodurch ein Steuersystem stabilisiert werden kann. Ferner bedeutet ”ein Filter, das zum Kompensieren einer Phase und eines Verstärkungsfaktors eingerichtet ist” konkret ein Filter zum Vorrücken einer Phase eines Signals mit relativ hoher Frequenz und zum Erhöhen eines Verstärkungsfaktors des Signals, wodurch eine Verzögerung in einem Steuersystem wie einem Stellungs-, Drehzahl- oder Stromsteuersystem sowie eine Verringerung des Verstärkungsfaktors im Steuersystem kompensiert werden können.
Im Folgenden werden zwei Anwendungsbeispiele der Erfindung erläutert, insbesondere die Funktion des Referenzstellungs-Generatorteils, der dazu eingerichtet ist, Referenzstellungen des angetriebenen Objekts zu erzeugen.
2 zeigt eine erste Ausführungsform, bei der die Erfindung für eine Zahnradschleifmaschine angewendet wird. Bei der Zahnradschleifmaschine führt eine Schleifscheibe 42 (oder ein angetriebenes Objekt) die periodische hin- und hergehende (reziprozierende) Bewegung synchron mit der Pendelbewegung in Rotationsrichtung eines Zahnrades 40 (oder eines Werkstücks) aus und bearbeitet jeden Zahn des Zahnrades 40. Die Rotationsachse 44 des Zahnrades 40 und eine hin- und hergehende Achse 46 der Schleifscheibe 42 werden auf Basis des Stellungsbefehls Pc von der Hauptsteuerung (in 2 nicht dargestellt) gesteuert. Die Rotationsachse 44 des Zahnrades 40 ist so eingerichtet, dass sie das Zahnrad 40 in einem bestimmten Winkelbereich (z. B. 30 bis 40°) während einer konstanten Zeitperiode in eine Pendelbewegung in Rotationsrichtung versetzt. Andererseits ist die Achse 46 der Schleifscheibe 42 für das Hin- und Herbewegen der Schleifscheibe 42 während der konstanten Zeitperiode eingerichtet.
3 zeigt Graphen zur Erläuterung der Prozedur des Erzeugens von Referenzstellungen auf Basis der Winkelstellung der Rotationsachse des Zahnrades 40 in einer Zeitperiode der Pendelbewegung. In diesem Fall kann das Zahnrad 40 in Rotationsrichtung pendeln bzw. schwanken wie in Graph 3a dargestellt. Wie der Graph von 3a zeigt, pendelt bzw. schwankt das Zahnrad 40 periodisch in einer vorgegebenen Zeitperiode innerhalb eines Pendelbereichs bzw. Schwankungsbereichs, wie durch den Pfeil 48 angedeutet ist. In der lernfähigen Steuerung 12 differenziert ein Differenzierer 50 (siehe 1 und 2) die Stellung der Rotationsachse, wie im Graphen 3a dargestellt ist. Danach kann die Drehzahl der Rotationsachse wie im Graphen 3b dargestellt erhalten werden. Da das Zahnrad 40 die Pendelbewegung ausführt, umfasst die Drehzahl der Rotationsachse positive und negative Werte. Danach berechnet ein Integrierer 52 einen Absolutwert der Drehzahl der Rotationsachse wie im Graphen 3c dargestellt und integriert die Absolutwerte, um eine Referenzstellung zu erzeugen, wie im Graphen 3d dargestellt. Im Beispiel des Graphen 3d nimmt die Referenzstellung innerhalb des durch den Pfeil 53 angegebenen Bereichs monoton zu. Die Referenzstellung variiert also in einer Richtung (nimmt in diesem Fall monoton zu) in einer Hin- und Herbewegungs-(Pendel)Zeitperiode, und deshalb kann die lernfähige Steuerung nach dem winkelbasierten Verfahren in jeder Zeitperiode verwendet werden. Konkret wird bei der ersten Ausführungsform ein Pendelzyklus des Zahnrads (oder ein Hin- und Hergangszyklus der Schleifscheibe) als ein Lernzyklus bestimmt, wodurch eine Verzögerung des Servomotors, der die Schleifscheibe hin- und herbewegt, und eine periodische Störung der spanenden Bearbeitung korrigiert werden kann. Bei der nachstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform bilden der Differenzierer 50 und der Integrierer 52 gemeinsam den Referenzstellungs-Erzeugungsteil. Außerdem können Daten der tatsächlich verwendeten Referenzstellung durch Teilen der horizontalen Achse (Zeit) des Graphen 3d (vorzugsweise Teilen in gleiche Intervalle) erhalten werden.
Im Beispiel von 3 wird die Referenzstellung anhand der Stellung des Zahnrads 40 erzeugt, bei dem es sich gemäß der Erfindung nicht um ein angetriebenes Objekt handelt. Die Stellung des angetriebenen Objekts (d. h. der Schleifscheibe 42) kann jedoch zum Erzeugen der Referenzstellung verwendet werden. Bei der ersten Ausführungsform sind die Pendelbewegung des Zahnrads und die hin- und hergehende Bewegung der Schleifscheibe synchronisiert, wodurch die Referenzstellung wie in 3 erhalten werden kann, wenn die Stellung der Schleifscheibe verwendet wird.
Wie in den 1 oder 2 dargestellt ist, wird die erzeugte Referenzstellung Pr an den ersten Umwandlungsteil 30 und den zweiten Umwandlungsteil 34 gesendet. Wie oben beschrieben wandelt der erste Umwandlungsteil 30 die der zeitlichen Abtastperiode zugehörige erste Stellungsabweichung ε1 in die jeder Referenzstellung zugehörigen zweite Stellungsabweichung ε2. Dann wird der im Speicherteil oder Speicher 32 gespeicherte erste Korrekturbetrag der unmittelbar vorangegangenen Hin- und Herbewegungs-Zeitperiode der Schleifscheibe 42 zur zweiten Stellungsabweichung ε2 addiert, und die zweite Stellungsabweichung ε2 wird im Speicher 32 als neuer erster Korrekturbetrag δ1 gespeichert. Andererseits wandelt der zweite Umwandlungsteil 34 den jeder Referenzstellung zugehörigen ersten Korrekturbetrag δ1 in den der zeitlichen Abtastperiode zugehörigen zweiten Korrekturbetrag δ2 um. Auf Basis der ersten Stellungsabweichung ε1 und des zweiten Korrekturbetrags δ2 wird der zum Antreiben des angetriebenen Objekts oder der Schleifscheibe 42 (hin- und hergehende Welle 46) eingerichtete Servomotor gesteuert.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei der die Erfindung bei einer Abrichtsteuerung einer Zahnradschleifmaschine angewendet wird. Bei der Zahnradschleifmaschine führt ein Meißel 56 (oder ein angetriebenes Objekt der Erfindung) eine hin- und hergehende Bewegung synchron mit der Rotation einer rotierenden Scheibe 54 (oder einem Werkstück) aus, um die rotierende Scheibe 54 zu bearbeiten. Die Rotationsachse 58 der Scheibe 54 und die Vorschubwelle 60 des Meißels 56 werden auf Basis des Stellungsbefehls Pc von der Hauptsteuerung (in 4 nicht dargestellt) gesteuert. In diesem Fall führt der Meißel 56 eine hin- und hergehende Bewegung aus, während die rotierende Scheibe 54 eine Zahl von 20 Umdrehungen ausführt, und der Meißel 56 führt zehn hin- und hergehende Bewegungen zur Bearbeitung einer rotierenden Scheibe aus. Außerdem ist die Rotationsrichtung der rotierenden Scheibe 54 zwischen der Auswärtsrichtung (in 4 von links nach rechts) und der Rücklaufrichtung (in 4 von rechts nach links) des Meißels 56 verschieden.
5 zeigt Graphen zur Erläuterung der Prozedur für die das Erzeugen von Referenzstellungen auf Basis Winkelstellung der Rotationsachse 58 der rotierenden Scheibe 54 in 20 Umdrehungen der Scheibe 54 (oder bei einer hin- und hergehenden Bewegung des Meißels 56) der Pendel-Zeitperiode. Wenn die rotierende Scheibe 54 zehn Umdrehungen in positiver Richtung (entsprechend der Auswärtsrichtung des Meißels 56) ausführt, wird die Winkelstellung der Rotationsachse 58 vom Graphen 5a repräsentiert, da die Winkelstellung in jeder Umdrehung auf null zurückgeht (von 360° auf 0°). Da jedoch die rotierende Scheibe 54 in jeder Auswärts- oder Rücklaufbewegung des Meißels in einer Richtung rotiert, kann die Winkelstellung von einem akkumulierten Wert repräsentiert werden, wie im Graphen 5b dargestellt ist (z. B. beträgt die Winkelstellung in der zweiten Umdrehung zwischen 360° bis 720°). Dann differenziert der Differenzierer 50 der lernfähigen Steuerung 12 ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, die durch den akkumulierten Wert angegebene Winkelstellung. Als Ergebnis kann die Drehzahl der Rotationsachse wie im Graphen 5c gezeigt erhalten werden. Anschließend berechnet der Integrierer 52 einen Absolutwert der Drehzahl der Rotationsachse und integriert den Absolutwert, um die Referenzstellung zu erhalten wie im Graphen 5d dargestellt. Wie aus dem Graphen 5d ersichtlich ist, variiert die erhaltene Referenzstellung in einer Richtung (nimmt allgemein in diesem Fall monoton zu), wodurch die lernfähige Steuerung nach dem winkelbasierten Verfahren auch bei der zweiten Ausführungsform angewendet werden kann.
Andererseits ist die Stellungsabweichung der Vorschubachse 60 für den hin- und hergehenden Meißel 56 grundsätzlich auf die Servomotorverzögerung relativ zur Rotation der rotierenden Scheibe 54 zurückzuführen, und deshalb kann die Stellungsabweichung wie im Graphen 5e gezeigt wiedergegeben werden. Wie in 4 dargestellt kann die lernfähige Steuerung 12 einen ersten Polaritätsumkehrteil 62 aufweisen, der zum Umkehren der Polarität (plus oder minus) der Stellungsabweichung ε1 der Vorschubachse 60 entsprechend der Polarität der Rotationsachse 58 eingerichtet ist. Bei der zweiten Ausführungsform ist wie im Graphen 5c dargestellt die Polarität der Rotationsrichtung der Scheibe in den letzten zehn Umdrehungen negative (minus) und somit wird die Polarität der Stellungsabweichung der Vorschubachse entsprechend den letzten zehn Umdrehungen umgekehrt. Als Ergebnis kann die invertierte Stellungsabweichung wie im Graphen 5f gezeigt der Vorschubachse (in 4 mit ”ε1'” gekennzeichnet) erhalten werden.
Wie aus 4 ersichtlich ist, wird die vom Integrierer 52 erzeugte Referenzstellung Pr an den ersten Umwandlungsteil 30 und den zweiten Umwandlungsteil 34 geschickt. Der Umwandlungsteil 30 wandelt die zur zeitlichen Abtastperiode gehörige erste Stellungsabweichung ε1' in die zu jeder Referenzstellung gehörige zweite Stellungsabweichung ε2. Dann wird der im Speicherteil oder Speicher 32 gespeicherte erste Korrekturbetrag der unmittelbar vorangegangenen Hin- und Herbewegungs-Zeitperiode des Meißels 56 zur zweiten Stellungsabweichung ε2 addiert, und die zweite Stellungsabweichung ε2 wird im Speicher 32 als neuer erster Korrekturbetrag δ1 gespeichert. Andererseits wandelt der zweite Umwandlungsteil 34 den jeder Referenzstellung zugehörigen ersten Korrekturbetrag δ1 in den der zeitlichen Abtastperiode zugehörigen zweiten Korrekturbetrag δ2. Wie 4 zeigt, kann die lernfähige Steuerung 12 einen zweiten Polaritätsumkehrteil 64 aufweisen, der dazu eingerichtet ist, die Polarität (plus oder minus) des zweiten Korrekturbetrags δ2 der Vorschubwelle 60 entsprechend der Polarität der Rotationsachse 58 umzukehren und einen invertierten zweiten Korrekturbetrag (in 4 mit ”δ2'” gekennzeichnet) zu berechnen. Wie in Graph 5c dargestellt ist, ist die Polarität der Rotationsrichtung der Scheibe bei der zweiten Ausführungsform während der letzten zehn Umdrehungen minus, und somit wird die Polarität des zweiten Korrekturbetrags entsprechend den letzten zehn Umdrehungen invertiert. Auf Basis der ersten Stellungsabweichung ε1 und des invertierten zweiten Korrekturbetrags δ2' wird der zum Antreiben des angetriebenen Objekts oder des Meißels 56 (Vorschubwelle 60) eingerichtete Servomotor gesteuert. Um bei der zweiten Ausführungsform eine Unwucht bei einer Umdrehung der Rotationswelle aufgrund der Exzentrizität der rotierenden Scheibe zu verringern, wird ein Zyklus der lernfähigen Steuerung entsprechend einer Umdrehung der Rotationswelle eingestellt. Im Stand der Technik kann der für die Auswärtsbewegung erzeugte Korrekturbetrag für die Rücklaufbewegung nicht verwendet werden, da die Polaritäten dieser Bewegungen verschieden sind. Zur Lösung des Problems kann durch Umkehr der Polarität entsprechend der Drehzahl und durch Erzeugen der Referenzstellung unter Verwendung des akkumulierten Absolutwertes der Drehzahl der gleiche Korrekturbetrag bei der Auswärts- und der Rücklaufbewegung verwendet werden. Demzufolge wird die Prozedur, durch die eine Konvergenz der Abweichung der lernfähigen Steuerung erreicht wird, überflüssig.
Bei der zweiten Ausführungsform wird die Referenzstellung auf Basis der Rotationsstellung der rotierenden Schleifscheibe 54 erzeugt. Die Referenzstellung kann jedoch auf Basis der Stellung des Meißels 56 oder des angetriebenen Objekts erzeugt werden. Bei der zweiten Ausführungsform wird der Großteil der Abweichung bei der lernfähigen Steuerung durch die Exzentrizität der rotierenden Scheibe verursacht, und eine derartige Abweichung wiederholt sich bei jeder Umdrehung der rotierenden Schleifscheibe. Ferner wird ein Vorschubbetrag des Meißels auf Basis der Anzahl der Umdrehungen der rotierenden Schleifscheibe bestimmt. Bei der zweiten Ausführungsform wird deshalb für die lernfähige Steuerung die Referenzstellung vorzugsweise anhand der Stellung der rotierenden Schleifscheibe 54 und nicht der des Meißels 56 erzeugt.
Wie in 1 dargestellt ist, kann das Steuergerät 10 eine Umschalteinrichtung 66 aufweisen, die zum Differenzierer 50 geschickte Stellungsdaten umschaltet. Mit anderen Worten, die vom Differenzierer 50 verarbeiteten Stellungsdaten können Stellungsdaten vom Stellungsdetektor 20 sein oder Stellungsdaten, die in einem Stellungsbefehl von der Hauptsteuerung 18 enthalten sind. Umgekehrt kann die Stellung der anderen Achse oder eines antreibenden Objekts 68, die sich synchron zur Bewegung des angetriebenen Objekts 14 verhält, als Stellungsdaten verwendet werden. Das Zahnrad 40 und die rotierende Schleifscheibe 54 können wie oben beschrieben der anderen Achse oder dem antreibenden Objekt 68 entsprechen. Die Umschalteinrichtung 66 kann auf die vom Differenzierer 50 zu verarbeitenden Daten schalten. Selbstverständlich kann entweder die erfasste Stellung oder die befehlsbedingte Stellung oder die Stellung des antreibenden Objekts ohne die Umschalteinrichtung verwendet werden.
6 zeigt ein Flussdiagramm der Prozedur im Servomotor-Steuergerät der Erfindung. Zuerst wird in Schritt S1 der Stellungsbefehl von der Hauptsteuerung 18 gelesen und dann die Stellungsrückmeldung des angetriebenen Objekts in Schritt S2 erfasst. Im nächsten Schritt S3 wird die zur zeitlichen Abtastperiode gehörige Stellungsabweichung (die erste Stellungsabweichung) berechnet, und dann wird in Schritt S4 die Referenzstellung, die in einer Richtung variiert, auf Basis des Stellungsbefehls oder der Stellungsrückmeldung erzeugt. Der hierin verwendete Ausdruck ”variiert in einer Richtung” enthält außerdem wie bei der obigen Ausführungsform eine monotone Abnahme sowie eine monotone Zunahme im engen und weit gefassten Sinn.
Im nächsten Schritt S5 wird die in Schritt S3 berechnete erste Stellungsabweichung in die jeder Referenzstellung zugehörige in Schritt S4 berechnete Stellungsabweichung (die zweite Stellungsabweichung) gewandelt. Im nächsten Schritt S6 wird der in der unmittelbar vorhergegangenen Hin- und Herbewegungs-Periode berechnete erste Korrekturbetrag zur zweiten in der aktuellen Periode berechneten Stellungsabweichung addiert, um den neuen ersten Korrekturbetrag zu erhalten. Da es in diesem Fall keinen ersten Korrekturbetrag in der ersten Hin- und Herbewegungs-Periode gibt, wird die zweite Stellungsabweichung als der neue erste Korrekturbetrag in der ersten Hin- und Herbewegungs-Periode eingestellt. Der neue Korrekturbetrag wird im Speicher gespeichert (Schritt S7), und zur zweiten Stellungsabweichung addiert, die in der nächsten Hin- und Herbewegungs-Periode berechnet wird. Im nächsten Schritt S8 wird der jeder Referenzstellung der unmittelbar vorangegangenen Hin- und Herbewegungs-Periode zugehörige im Speicher gespeicherte Korrekturbetrag (der erste Korrekturbetrag) zu dem der zeitlichen Abtastperiode zugehörigen Korrekturbetrag (zweite Korrekturbetrag) gewandelt. Abschließend wird im nächsten Schritt S9 der zur zeitlichen Abtastperiode gehörige zweite Korrekturbetrag zur ersten Stellungsabweichung addiert, um den Servomotor zu steuern.
Bei dem Servomotor-Steuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann die lernfähige Steuerung nach dem winkelbasierten Verfahren für die periodische hin- und hergehende Bewegung eines angetriebenen Objekts angewendet werden, wobei ein Zyklus der lernfähigen Steuerung einer hin- und hergehende Bewegung des angetriebenen Objekts entspricht.
Die bevorzugte Referenzstellung kann durch Akkumulieren des aus der befehlsbedingten Stellung oder der erfassten Stellung des angetriebenen Objekts berechneten Absolutwertes erhalten werden.
Wenn das Servomotor-Steuergerät zum Steuern eines angetriebenen Objekts, das die hin- und hergehende Bewegung entsprechend der Rotationsbewegung eines anderen Objekts ausführt, verwendet wird, kann der gleiche Korrekturbetrag in der Auswärts- und Rücklaufbewegung der hin- und hergehenden Bewegung verwendet werden, indem ein Polaritätsumkehrteil verwendet wird, das in der Lage ist, die Polaritäten der ersten Stellungsabweichung und des zweiten Korrekturbetrags umzukehren.
Beim Erzeugen der Referenzstellung kann die befehlsbedingte Stellung oder die erfasste Stellung des anderen Objekts, die synchron mit dem angetriebenen Objekt ist, verwendet werden. Ein derartiger Fall ist vorteilhaft, wenn die zu korrigierende Abweichung hauptsächlich durch die Bewegung oder die Form des anderen Objekts verursacht wird.
Durch die Verwendung eines ersten Filters, das zum Begrenzen der Frequenzbandbreite des ersten Korrekturbetrags eingerichtet ist, und eines zweiten Filters, das zum Kompensieren einer Phase und eines Verstärkungsfaktors des ersten Korrekturbetrags eingerichtet ist, bevor der erste Korrekturbetrag an den zweiten Umwandlungsteil gesendet wird, kann die lernfähige Steuerung stabiler gemacht werden.

Claims

Servomotor-Steuergerät (10) zum Steuern eines Servomotors (16), der dazu eingerichtet ist, eine periodische Hin- und Herbewegung eines angetriebenen Objekts (14) zu bewirken, wobei das Servomotor-Steuergerät aufweist: einen Stellungsdetektor (20), der dazu eingerichtet ist, die Stellung des angetriebenen Objekts (14) zu erfassen; einen Stellungsabweichungs-Bestimmungsteil, der dazu eingerichtet ist, eine erste Stellungsabweichung des angetriebenen Objekts (14) als Differenz zwischen der vom Stellungsdetektor (20) zu jeder vorgegebenen zeitlichen Abtastperiode erfassten Stellung des angetriebenen Objekts (14) und dem von einer Hauptsteuerung (18) gegebenen Stellungsbefehl zu bestimmen; einen Referenzstellungs-Generatorteil (50, 52), der dazu eingerichtet ist, eine Mehrzahl von Referenzstellungen für eine Hin- und Herbewegungs-Zeitperiode der periodischen Hin- und Herbewegung des angetriebenen Objekts (14) zu erzeugen, wobei die Mehrzahl der Referenzstellungen in einer Richtung entsprechend dem Stellungsbefehl oder der erfassten Stellung des angetriebenen Objekts variiert wird; einen ersten Umwandlungsteil (30), der dazu eingerichtet ist, die vom Stellungsabweichungs-Bestimmungsteil bestimmte erste Stellungsabweichung in eine zweite Stellungsabweichung zu wandeln, wobei die zweite Stellungsabweichung jeder der vom Referenzstellungs-Generatorteil (50, 52) erzeugten Referenzstellungen zugeordnet ist; einen arithmetischen Additionsteil, der dazu eingerichtet ist, die zweite Stellungsabweichung zu dem in einem Speicherteil (32) in einer unmittelbar vorangehenden Periode gespeicherten ersten Korrekturbetrag zu addieren und einen aktualisierten ersten Korrekturbetrag zu bestimmen, wobei der Speicherteil (32), dazu eingerichtet ist, den jeder Referenzstellung zugeordneten aktualisierten ersten Korrekturbetrag für eine Hin- und Herbewegungs-Zeitperiode der periodischen Hin- und Herbewegung des angetriebenen Objekts (14) zu speichern; einen zweiten Umwandlungsteil (34), der dazu eingerichtet ist, den im Speicherteil (32) gespeicherten neuen ersten Korrekturbetrag in einen zweiten Korrekturbetrag zu wandeln, wobei der zweite Korrekturbetrag jeder vorgegebenen zeitlichen Abtastperiode zugeordnet ist; und einen Steuerteil (24, 28), der dazu eingerichtet ist, den Servomotor (16) auf Basis der ersten Stellungsabweichung und des zweiten Korrekturbetrags zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzstellungs-Generatorteil (50, 52) die Mehrzahl von Referenzpositionen durch Dividieren eines Integrationswertes erzeugt, der durch Integrieren von Absolutwerten für eine Hin- und Herbewegungs-Zeitperiode erhalten wird, wobei die Absolutwerte aus der zeitlichen Abtastperiode und dem Stellungsbefehl oder der Stellung des angetriebenen Objekts (14) zu jeder zeitlichen Abtastperiode berechnet werden.
Servomotor-Steuergerät nach Anspruch 1, das ferner einen Polaritätsumkehrteil (62, 64) aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Polarität der ersten Stellungsabweichung und des zweiten Korrekturbetrags auf Basis der Polarität der Drehzahl umzukehren, die aus der zeitlichen Abtastperiode und dem Stellungsbefehl oder der Stellung des angetriebenen Objekts (14) zu jeder zeitlichen Abtastperiode berechnet wird.
Servomotor-Steuergerät nach Anspruch 1, bei dem der Referenzstellungs-Generatorteil (50, 52) und der Polaritätsumkehrteil (62, 64) die Stellung eines angetriebenen Objekts (68), die mit der periodischen Hin- und Herbewegung des angetriebenen Objekts (14) synchron ist, anstelle des Stellungsbefehls oder der Stellung des Objekts (14) verwenden.
Servomotor-Steuergerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner aufweist: ein erstes Filter (36), das dazu eingerichtet ist, die Frequenzbandbreite des neuen ersten Korrekturbetrags zu begrenzen, der durch Addieren des unmittelbar vorherigen im Speicherteil (32) gespeicherten ersten Korrekturbetrags zur zweiten vom ersten Umwandlungsteil (30) gewandelten Lageabweichung erhalten wird; und ein zweites Filter (38), das dazu eingerichtet ist, eine Phase und einen Verstärkungsfaktor des ersten Korrekturbetrags zu kompensieren, bevor der im Speicherteil (32) gespeicherte erste Korrekturbetrag an den zweiten Umwandlungsteil (34) geschickt wird, der der zeitlichen Abtastperiode zugeordnet ist.